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1、稀土对金属表面钝化作用研究进展摘要：总结了碳钢和不锈钢以及铝、锌、铜、镁等金属及其合金稀土钝化处理的国内外研究状况。阐述了稀土钝化膜的防蚀机理，指出了稀土钝化工艺在取代铬酸盐钝化中的优势及其应用前景。关键词：金属表面稀土钝化缓蚀机理1前言金属材料广泛应用于社会生产和生活的各个方面。但在生产及使用过程中难免会发生腐蚀,为了提高金属的表面质量和延长使用寿命,通常对金属进行防蚀处理。钝化处理是一种重要的表面防蚀手段,传统的钝化处理大多以铬酸和铬酸盐等化合物为处理剂,称为铬酸盐钝化,处理后的金属表面形成的铬酸盐钝化膜对
2、基体金属具有良好的防蚀作用。然而,铬酸盐有剧毒,在铬酸盐钝化工艺过程中产生的气雾对工人健康有害,排出的废水严重污染环境。因此,世界各国近年来已在环保法规中对铬酸盐的使用和废水排放作出严格限制,在金属表面处理领域中铬酸盐最终将被禁止使用。为此,采用环保型无铬钝化来取代铬酸盐钝化已迫在眉睫。目前国内外在这方面的研究已取得很大进展,其中所开发的稀土钝化工艺因具有无毒无污染,防蚀效果好等特点而倍受关注。2稀土钝化处理工艺金属的稀土钝化处理方法是将金属置于含稀土离子的溶液中，浸泡一段时间(化学浸泡法)或将金属作为阴极通电
3、极化(阴极极化法)，即可使金属实现钝化，在其表面形成稀土钝化膜。2.1化学浸泡法浸泡法所用的处理溶液大体分为二类:一类为单一的稀土盐溶液(溶液中有时也含NaCl)；另一类溶液中除稀土盐外，还含有强氧化剂和成膜促进剂或辅助成膜剂等添加物。单一稀土盐溶液浸泡处理一般在室温下进行，操作简便，但时间往往较长。在稀土盐溶液中引人强氧化剂和成膜促进剂等物质，可缩短稀土钝化的浸泡处理时间，改善成膜质量。氧化剂通常采用H2O2,KMn04等，成膜促进剂和辅助成膜剂种类很多，如HF、SrCl2、NH4VO3、（NH4）2ZrF6
4、等，有些配方中还含有金属的有机赘合物。2.2阴极极化法将置于稀土盐溶液中的金属工件作为阴极，进行阴极极化处理，能够在较短时间内在金属表面形成稀土转化膜。但阴极极化处理时有氢气析出，使得转化膜微孔洞多，结合强度低，导致耐蚀性不如化学浸泡法，故运用不多。2.3两步或多步处理法这类方法是对金属采用两步或多步工序处理来获得具有双层或多层结构的转化膜，可缩短处理时间或改善膜层质量，其中应用于铝合金的稀土/波美工艺发展比较成熟。稀土/波美工艺是在热水中加人少量三乙醇胺或氟化钠等物，将铝合金置入其中，煮沸短时，在表面先形成波
5、美层，然后再将其浸人稀土盐中浸泡，取出、烘干即可得到稀土转化膜。这种工艺的特点是不需在处理液中使用强氧化剂来缩短处理时间，但处理温度较高。所得膜层为稀土氧化物与氧化铝的混合物，得到的稀土转化膜其耐蚀性不仅优于铬酸盐转化膜，而且就钝化电位的范围而言，其耐蚀性能也优于阳极氧化所得到的氧化膜层。此外，还有新近研究的有机膜与稀土无机膜联用，如稀土-硅烷复合膜，含有机基团的稀土盐钝化，但此方法需要解决膜层的链接及牢固性问题。2.4熔盐浸泡法熔盐浸泡法在铝合金表面制备稀土转化膜是由Mansfeld等提出的，他们把Al606
6、1在200℃下的NaCl-SnCl2-CeCl3熔融体系中浸泡2h，在A16061表面上获得了含铈的氧化物，此膜在0.5mol/LNaCl溶液中30天不出现点蚀，具有一定的抗腐蚀能力。但这种方法处理温度太高，在实际生产中不实用。3稀土对金属的钝化作用研究金属的稀土钝化或缓蚀研究始于1984年,首先是针对铝合金进行的,到目前为止,人们已在有色金属铝、锌、镁、锡、铜或其合金以及碳钢和不锈钢等多种金属材料上获得了稀土钝化膜,并收到了良好的防蚀效果。3.1铝合金的稀土钝化澳大利亚的Hinton和Arnott等人研究发现
7、,处于腐蚀介质(0.1mol/NaCl溶液)中的AA7075铝合金由于溶液含有少量的稀土盐(CeCl3,Ce2(SO4)3,Ce(CH3COO)3等)而使腐蚀速率显著降低。若预先将试样放入1g/CeCl3溶液中浸渍处理一定时间,再转入0.1mol/NaCl溶液中,试样的腐蚀大为减轻。未经铈盐处理的AA7075铝合金的腐蚀速率为5.9μg/m2每秒,经铈盐处理后仅为0.2μg/m2每秒,这是由于铝合金表面发生钝化,形成了耐腐蚀的稀土钝化膜的缘故。2004年,西班牙人B.Dav、J.J.deDamborenea等人
8、通过电子扫描电镜(SEM)、EDS能谱以及X射线光电子谱(XPS)研究了铝锂铜合金(8090)在含有稀土盐的3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀情况,结果表明,稀土镧盐和铈盐的加入可以降低铝锂铜合金(8090)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率,稀土转化膜主要是由Ce3+和La3+的氧化物和氢氧化物以及Al2O3组。相对而言,铈盐的防蚀效果及加入范围都要优于镧盐。国内在铝合金稀土钝化方面
